Сохранность посевных качеств семян в значительной степени зависит от их физиологического состояния.
Например, семена хлопчатника одного и того же возраста, но убранные с растения в разное время характеризуются разными физиологическими особенностями и вследствие этого обладают неодинаковыми посевными качествами. Так, энергия прорастания семян 70-дневного возраста, полученных в августе, через 6 месяцев составила всего 31%, а у семян того же возраста, но полученных 10 июля — 86%. Всхожесть семян хлопчатника снижается по мере перенесения сроков их заготовки. Так, после 6-месячного хранения, т. е. перед посевом, полевая всхожесть при поздней уборке семян составляла всего 18,8%. Улучшение всхожести и других посевных качеств семян скороспелого сорта в процессе послеуборочного дозревания проходит намного быстрее, чем у позднеспелого. Это связано не только с увеличением плотности кожуры, но и с особенностями обмена в зародыше.
Изменение всхожести семян при хранении находится в зависимости от их фаз спелости. Например, семена озимой ржи сорта РДС при хранении в закрытой таре с влажностью 10% в фазах восковой и полной спелости имели всхожесть через 5 лет соответственно 95 и 98%, через 10 лет — 65 и 88%, через 18 лет — 2 и 39%. Аналогичное явление наблюдается и у семян свеклы. Наибольшую продолжительность жизни при закрытом хранении и температуре 11—20° С имели семена, собранные в восковую и полную спелость, наименьшую — семена более раннего сбора. Такая же зависимость установлена и для семян некоторых овощных культур. Эти факты говорят о том, что уборку зерна надо проводить в фазу восковой и полной спелости, что обеспечит их лучшую сохранность.
Помимо этого, большое влияние на посевные и пищевые качества, а также на долговечность семян оказывают условия их хранения. Исследования по вопросу влияния температуры на жизнеспособность семян позволили установить, что отрицательные температуры для семян некоторых видов растений более благоприятны, чем положительные. Например, семена многих хвойных, за исключением сосны желтой, лучше сохраняли всхожесть при —18° С, чем при —11° С, а при —4° С быстро ее теряли. У семян дугласовой пихты при температуре —18° С всхожесть первый год составляла 88%, второй — 80, третий — 78, четвертый — 61 и пятый — 65%; при температуре —11° С — соответственно 85, 75, 60, 33, 22%, а у семян, хранившихся при —4° С — 69, 44, 1,0 и 0%. Снижение содержания влаги в семенах дугласовой пихты и теуги разнолистной повышает их долговечность при температуре хранения —18° С. Отрицательная температура (—20°) благоприятна и для сохранения жизнеспособности семян многих видов овощных культур, но она непригодна для хранения семян петрушки и др.
Семена чая, теплолюбивого растения, хранившиеся в теплице или на открытом воздухе, полностью теряли всхожесть через 3—4 месяца, тогда как при пониженной температуре (+ 4° С) они сохраняли ее на высоком уровне в течение 7 месяцев.
Семена некоторых культур лучше сохраняют жизнеспособность при хранении в условиях повышенной температуры. Например, семена гречихи с влажностью 15,5% при хранении на холоде снизили свою всхожесть на 12% по сравнению с хранившимися в комнатных условиях.
Замечено, что влияние температуры на всхожесть семян зависит в значительной степени от их влажности.
Известно, что семена или отдают влагу, или поглощают ее, в зависимости от содержания ее в семенах и от количества в воздухе. В случае их равновесия семена и не отдают и не поглощают влагу. Это равновесная влажность. Она находится в зависимости от относительной влажности воздуха: возрастает при ее увеличении, особенно в зародыше. Если в зерне она растет, разница во влажности зародыша и всего семени возрастает.
Существенное влияние на величину равновесной влажности оказывает температура. При понижении температуры воздуха с 20 до 2° С и относительной влажности 40% равновесная влажность семян огурцов увеличивается на 1%, при 50% — на 1,2%, при 60% — на 1,5% и при 70% — на 1,6%. Она зависит и от химического состава семян. Так, в семенах подсолнечника, содержащих 47—51% жира, она на 0,5—1,3% ниже, чем в семенах, содержащих 35—36% жира.
Семена некоторых культур путем сорбции поглощают значительное количество воды. Например, у семян пшеницы максимальная влажность при поглощении воды составляла 34,6%, ржи — 32,2, ячменя — 33,0, овса — 30,1 и подсолнечника — 23,0%, при намачивании же — соответственно 40,8; 39,9; 40,2; 43,8 и 30,2%. Наличие свободной воды в семенах приводит не только к усилению интенсивности дыхания, но и к усилению многих других процессов, предшествующих прорастанию семян. Такое содержание свободной воды называют критической влажностью. Если равновесная влажность достигает уровня критической, то это приводит к активации процессов обмена, что отрицательно сказывается на хранении семян. Именно с этим связана потеря всхожести семян хлопчатника при хранении в условиях повышенной влажности воздуха. Так, если относительная влажность воздуха равна 70%, то в течение 20 месяцев они теряют всхожесть. Между тем при 20%-ной влажности незначительно уменьшается всхожесть даже в течение 70 месяцев.
Критическая влажность неодинакова для разных семян. Например, для лука и свеклы она равна 10%, томатов — 9, арбузов и моркови — 8,5, огурцов — 8 и капусты — 7,5%. Эти показатели соответствуют равновесной влажности семян при относительной влажности воздуха 50%.
Критическая влажность также зависит от ряда факторов, в том числе и от температуры. Например, при температуре 18—25° С для семян кукурузы она составляет 14,2—15,0%, а при более низкой (10—15° С) повышается. Снижение влажности семян большинства видов сельскохозяйственных растений по сравнению с критическим ее уровнем, исключение естественного увлажнения подсушенных семян (хранение в герметических условиях при температуре 4—5°, а иногда и при температуре ниже 0° С) благоприятно сказываются на их хранении. При этом надо учесть, что поддерживать низкую влажность и пониженные температуры на одном и том же уровне необходимо течение всего периода хранения. Колебание влажности семян, а также неустойчивая температура во время хранения приводят к снижению продолжительности их жизни.
При изучении влияния влажности и температуры на хранение семян 40 видов сельскохозяйственных и декоративных растений было установлено, что влажность воздуха сказывает более сильное влияние на долговечность семян, чем температура. Если семена арахиса перед хранением содержат 7—8% воды и находятся в проветриваемых помещениях, та они сохраняют 85—90%-ную всхожесть в течение 7—8 месяцев. Даже небольшое повышение влажности семян отрицательно сказывается на их всхожести. Семена овощных культур с 10%-ной влажностью в 2 раза долговечнее, чем с 11%-ной. При оптимальной влажности можно сохранить их высокую всхожесть в течение 3 лет при обычной температуре. Эти данные говорят о том, что при повышенной влажности семена быстро теряют всхожесть. Таким образом, перед закладкой семян на хранение необходимо у них снизить влажность до нужного предела, что обеспечит их сохранность в течение значительного времени.
Особенно быстра снижается всхожесть семян при хранении при повышенной влажности и высокой температуре. Так, при хранении семян лука и моркови при 0°С в течение 3 лет энергия прорастания оставалась на исходном уровне, тогда как при 10 и 20° С она резко падала, особенно при относительной влажности воздуха 70%. Семена хлопчатника с исходной влажностью 7% полностью сохраняли жизнеспособность после 10 лет хранения при 21° С, тогда как с 13%-вой начали быстро портиться, и через 1,5 года лишь некоторые из них проросли.
Семена лука, свеклы лучше всего сохраняются при своей влажности 8% и воздуха 30—45%, температуре 15—20° С, а семена моркови — соответственно при 7%, 30—45% и 15—20°С. С увеличением влажности клубочков до 13—15% и относительной влажности воздуха до 70—80% они потеряли жизнеспособность в течение 1—1,5 лет.
С изменением относительной влажности воздуха от 10 до 60% при 20° С содержание влаги в семенах овощных культур увеличилось на 1—1,4%, от 60 до 90% — на 2—8%, от 90 до 100% — на 11—17%. Исходя из этих данных, предельно допустимая влажность хранящихся семян при температуре 10—20°С должна быть для перца не более 8,2%, капусты, огурцов, арбуза — 8,4, лука — 8,8, моркови и томата — 9,2, баклажана — 9,8 и гороха овощного — 10,8%.
При повышенной влажности и высокой температуре интенсивно протекают процессы обмена в семенах. В результате не только расходуются углеводы на дыхание, но и заметно снижается содержание витаминов, лимонной, винной, янтарной кислот и возрастает накопление молочной и свободных жирных кислот, что приводит не только к ухудшению посевных, но и пищевых качеств зерна.
Резкое снижение содержания влаги в семенах по сравнению с естественной по-разному отражается на жизнеспособности в зависимости от их биологических особенностей. Например, всхожесть семян баклажана, сельдерея, моркови, томатов при влажности 0,4—1% через 5 лет очень сильно снизилась, тогда как семян лука, огурцов, капусты и салата почти не изменилась.
Если для многих семян понижение относительной влажности воздуха — благоприятный фактор для сохранения их всхожести, то для тех культур, которые образуют твердокаменные семена, эти условия отрицательные. Как мы отмечали, твердосемянность у семян бобовых культур может быть вызвана не только условиями, при которых они формировались и убирались, но и режимом хранения. Например, при хранении в условиях пониженной относительной влажности воздуха и высокой температуры количество твердых семян у бобовых культур заметно возрастает. Регулируя влажность, при хранении, можно уменьшить число твердых семян. Например, при относительной влажности больше 76% все мягкие семена сераделлы оставались без изменений, в то время как при 44% оболочки утрачивали проницаемость, семена становились твердыми.
Приведенные примеры говорят о том, что главным фактором, определяющим долговечность семян при хранении, является их исходная влажность. При этом пониженные температуры более благоприятны, чем повышенные.
Пшеницу начали выращивать очень давно, раньше многих растений других видов. Так, по последним данным, она была известна в Ираке свыше 6,5 тыс. лет назад. На территории нашей страны пшеницу начали выращивать около 4—6 тыс. лет назад. В более северных районах нашей страны ее посевы появились только в V—VII вв. Жители Америки и Австралии узнали вкус пшеничного хлеба совсем недавно. В Южную Америку пшеница попала из Европы лишь в начале XVI в. На территории современных США она стала известна в культуре только с 1602 г., в Австралии — с 1788 г., а в Канаде — с 1812 г. В мировом земледелии посевы пшеницы занимают около 221 млн. га. СССР по посевной площади и производству зерна пшеницы занимает первое место в мире. В последние годы в нашей стране под ней было занято 65,2 млн. га, в КНР — 26,6 млн. га, в США — 21 млн. га.
В связи с тем что содержание влаги — один из важнейших факторов сохранения жизнеспособности семян при длительном хранении, возникла необходимость снижения ее в них до нормальной. Для сушки семян используют либо естественные способы (солнце и ветер), либо искусственные — с применением различных сушилок. Сушку семян также ведут с помощью «холодного воздуха», вакуумных сушилок, тепловых насосов, путем поглощения паров воды гигроскопическими веществами (селикагель или окись алюминия). Если семена гороха, фасоли и других культур с повышенной влажностью поместить в мешок, где находится селикагель, то можно добиться относительной влажности воздуха 40% и сохранить в течение продолжительного времени нормальную всхожесть семян.
Для сушки семян можно использовать и неорганические соли, например, сульфат натрия, двузамещенный фосфат натрия, образующие кристаллогидраты. Эти вещества, химически связывая кристаллизационную воду, образуют более или менее крупные кристаллы. При определенной дозировке, контактируя с влажными семенами, они обезвоживают их, не проникая вовнутрь.
Если семена предназначены для продовольственных целей, то их иногда лучше пересушить, чтобы снизить расход питательных веществ на дыхание. Даже в оптимальных условиях хранения в течение года бобовые, злаковые и масличные культуры расходуют 8—10% своих запасов. Это значит, что человечество ежегодно теряет около 1 млн. т жиров, 6—7 млн. т белка и 25— 30 млн. т углеводов. Такого количества было бы достаточно для питания более 200 млн. человек.
Но нельзя пересушивать семена, идущие для сева, на что в свое время указывал И. В. Мичурин, так как при этом они хуже прорастают и получаются неполноценные всходы. Но причины снижения всхожести пересушенного посевного материала иные, чем при избытке влаги. Пересушенные семена, будучи помещены в воду, интенсивно ее поглощают. Так как отдельные часта семени содержат вещества, обладающие неодинаковой способностью набухать, то при быстром поглощении ими влаги происходит механическое повреждение корешка, щитка, эндосперма и других частей, без которых невозможно нормальное прорастание.
В северных районах страны и в Сибири очень часто уборку урожая проводят в неблагоприятных условиях, зерно убирают с повышенной влажностью, достигающей иногда 47%. Просушить огромное количество зерна за короткий срок невозможно. В результате этого семена интенсивно прорастают в валках и в хранилищах, что приносит большой ущерб народному хозяйству. При этом, как отмечалось выше, ухудшаются посевные и пищевые качества зерна. Их использование в пищу может привести к тяжелым заболеваниям, а иногда к летальному исходу, так как на них развиваются грибы, образующие сильно токсические вещества.
Эти обстоятельства побудили нас выяснить возможность применения сорбиновой кислоты и ее калиевой и кальциевой солей в сухом виде в качестве средства для предохранения зерна от преждевременного прорастания и порчи от патогенных грибов и дрожжей. Важным преимуществом сорбиновой кислоты по сравнению с другими ранее рекомендованными препаратами является ее безвредность для человека и животных. Она допущена к применению для предохранения от порчи сгущенного молока, твердых сыров, колбас и для консервирования овощного и плодоягодного сырья.
Для выяснения действия сорбиновой кислоты семена пшеницы с влажностью 50—60% обрабатывались ею в концентрации 0,3—1% на единицу веса зерна.
Прорастание зерна, полученного из северных холодных и южных более благоприятных районов Новосибирской области, полностью подавляется сорбиновой кислотой в концентрации 0,3; 0,6 и 1%. Это связано с тем, что сорбиновая кислота подавляет активность дегидрогеназ — ферментов дыхания.
Наблюдения показали, что эта кислота в указанных концентрациях подавляет развитие и плесневых грибов.
Обработка семян сорбиновой кислотой практически легко осуществима, так как она хорошо распыляется и поэтому операцию можно производить, когда семена находятся на транспортере. К тому же сорбиновая кислота слабо летуча, и когда семена находятся в ворохе или элеваторе, она обеспечивает обработку и тех семян, на которые непосредственно она не попала.
Нам также представляется, что сорбиновая кислота может найти применение в первую очередь при обработке семян на токах или во временных хранилищах. Такая обработка предохранит в течение продолжительного времени семена от прорастания и от роста патогенных микроорганизмов. За это время с помощью сушилок семена доводят до кондиционной влажности и перевозят в элеваторы. Если же зерно идет на корм, то можно использовать и более высокие концентрации кислоты и ее солей, что позволит хранить его в обычных условиях. Сорбаты калия и кальция тоже тормозят прорастание семян, но их влияние несколько слабее по сравнению с сорбиновой кислотой.
На долговечность семян оказывают большое влияние и способы хранения. Многочисленными работами, которые проводились в контролируемых условиях хранения, показано преимущество герметизированного хранения семян по сравнению с открытым. Опытами по длительному хранению семян, проводимыми во Всесоюзном институте растениеводства имени Н. И. Вавилова на протяжении более чем 20 лет (1107 образцов, 223 сортов, 57 культур), установлено, что имеется определенная зависимость долголетия семян многих видов сельскохозяйственных растений от способов их хранения. Семена, заложенные на хранение в 1949—1951 гг. в ВИРе, содержали в открытой и закрытой таре при 11—20° С и относительной влажности 60%.
Лишь семена маша и суданской травы, находившиеся в открытой таре, сохранили ту же всхожесть, что и в закрытой, тогда как семена ячменя, кукурузы, пшеницы, подсолнечника, сои, салата и многих других культур при открытом хранении потеряли жизнеспособность. Следует отметить, что при открывании на протяжении 20 лет на несколько минут контейнеров для отбора образцов всхожесть семян снижалась на 4—25% по сравнению с всхожестью семян, находящихся в контейнерах, которые не открывались.
Из этого, однако, не следует, что герметизация в любом случае оказывает положительное влияние на жизнеспособность семян. Если влажность их очень высокая, то они портятся и в закрытых контейнерах. Так, всхожесть семян капусты сорта Ладожская белокочанная через 14 лет закрытого хранения при влажности 5,8 и 3,7% составляла соответственно 24 и 83%.
Семена с повышенной влажностью необходимо подсушивать, например, перемешивая их с определенным количеством окиси кальция, после чего их можно помещать в герметически закрывающиеся контейнеры. Герметизированное хранение рекомендуется использовать для зерновых, овощных и других культур.
В последнее время в связи с появлением пластических материалов проводится работа с целью выяснения их пригодности для герметического хранения семян. Так, в Японии попробовали хранить рис в мешках из нейлона и полиэтилена под водой. Рис в мешках из этих материалов пролежал 3 года в озере на глубине 30 м и сохранил нормальную всхожесть. В хранилищах семена этой культуры полностью теряют всхожесть уже через 1,5 года.
При закладке семян на хранение в полиэтиленовых мешках следует учитывать, что высокая влажность семян оказывает отрицательное влияние на жизнеспособность. Так, у семян клевера красного всхожесть при этом снизилась более сильно, чем при хранении в джутовых мешках. В герметически запакованных полиэтиленовых мешках создаются анаэробные условия в результате повышенной физиологической активности, что приводит к преждевременному старению их и снижению жизнеспособности.
Сохранение жизнеспособности семян очень важная проблема. Потери зерна при хранении весьма велики. Например, в 1954 г. в США потери зерна пшеницы, овса, ячменя, ржи и риса во время хранения составили 4,5%, что равно сбору его с площади около 1470 тыс. га, в Индии ежегодные потери ржи составляют свыше 300 тыс. т, или 1,5% сбора. Это в то время, когда значительная часть населения этих стран питается в недостаточной мере.
Возник и такой вопрос. Для сохранения ценного генофонда растений, для проведения селекционных работ, требующих обширного исходного материала, а также для познания процессов эволюции растений в культуре необходимо хранить крупные семенные фонды. Сохранить эти фонды крайне важно. К примеру, скажем, что с 1898 по 1970 г. в США была собрана коллекция семян, насчитывающая до 350 000 образцов. Со временем большая часть этой ценной и незаменимой в наследственном отношении коллекции была утеряна. Например, из образцов клевера, интродуцированных в США за последние 60—70 лет, осталось только 2%, сои — 10 и овса — менее 35%. Чтобы этого не допускать далее, в США в 1958 г. была создана Национальная лаборатория по хранению семян, где в настоящее время уже находится около 80 тыс. образцов.
В 1974 г. в нашей стране вступило в строй Национальное хранилище семян, рассчитанное на 350 тыс. образцов, а при использовании мелкой тары (50 г) — до 1 млн. 300 тыс. Семена содержатся при трех температурно-влажностных режимах: 20 камер при +4,5° С и относительной влажности воздуха 60—70%; 2 камеры при —10° С; 2 камеры при +4,5° С и относительной влажности воздуха 30%. При первых двух режимах семена после подсушивания их до 2—9% влажности в зависимости от вида культур помещаются в стеклянную герметизированную тару. В остальных двух камерах для хранения семян используется металлическая полугерметизированная тара. Предусмотрено также и хранение семян в вакууме. Контроль за всхожестью семян будет проводиться через каждые 5 лет.
При национальном хранилище создана проблемная лаборатория семеноведения. Перед этой лабораторией стоят обширнейшие задачи, решения которых с нетерпением ждут специалисты самых разных областей. Это и изучение биохимических и физиологических изменений в семенах при длительном хранении, и ответной реакции разных видов культур на условия хранения, и разработка методов контроля за степенью уменьшения жизнеспособности, и установление нижнего порога всхожести, при котором можно полностью воспроизвести генетический потенциал каждого образца, и т. д. Хранение семян при различных режимах открывает большие возможности для выяснения причин потери жизнеспособности семян.